많은 사람들은 인공위성이 우주에서 끝없이 지구를 돌고 있다고 생각합니다. 하지만 실제로 인공위성은 천천히 지구 쪽으로 떨어지고 있습니다. 그렇다면 왜 위성은 바로 지구로 떨어지지 않고 계속 궤도를 돌고 있는 걸까요?
인공위성이 지구를 도는 이유
인공위성은 지구의 중력과 위성이 움직이는 속도(원심력)가 균형을 이루기 때문에 지구 주위를 돕니다. 지구의 중력은 모든 물체를 지구 중심 방향으로 끌어당기는 힘입니다. 하지만 인공위성은 옆으로 아주 빠르게 움직이고 있어서, 지구로 떨어지려는 동시에 지구의 둥근 형태를 따라 계속 앞으로 이동합니다. 이것이 계속 반복되면 위성은 지구를 돌게 되며, 이를 '궤도 운동'이라고 합니다.
인공위성의 궤도는 영원하지 않다
그런데 우주에도 아주 적은 양이지만 공기가 있습니다. 특히 지구와 가까운 저궤도(약 200~2,000km)에서는 이 공기가 조금 더 많습니다. 이 미세한 공기는 위성과 부딪힐 때 마찰을 만들어 속도를 아주 천천히 낮춥니다. 속도가 낮아지면 위성은 점점 더 지구의 중력에 끌리게 되어 궤도가 점차 낮아지는데, 이것을 '궤도 감쇠'라고 부릅니다.
궤도가 점점 낮아지면서 위성은 더 낮은 위치에서 더 많은 공기와 부딪히게 됩니다. 이렇게 되면 마찰력은 더욱 강해지고 위성은 결국 궤도를 유지할 수 없게 됩니다. 위성은 점점 지구에 가까워지다가 결국 대기권에 진입하게 되고, 이때 마찰열 때문에 대부분 타서 소멸됩니다. 하지만 작은 조각들이 지구 표면까지 떨어질 수도 있습니다.
인공위성의 궤도를 유지하는 방법
이러한 문제를 막기 위해 위성을 관리하는 사람들은 정기적으로 작은 로켓 엔진을 사용하여 궤도를 높여줍니다. 이를 '궤도 보정'이라고 합니다. 이러한 작업을 하지 않으면 결국 모든 위성은 시간이 지나면서 지구로 추락하게 됩니다.
대표적인 예로 국제우주정거장(ISS)이 있습니다. ISS는 지구에서 약 400km 정도의 낮은 궤도에 있기 때문에 자주 공기의 영향을 받아 궤도가 낮아집니다. 그래서 매년 여러 차례 로켓 엔진을 사용해 다시 높은 궤도로 끌어올리는 작업을 꼭 해야 합니다. 만약 이 작업이 없으면 ISS는 몇 년 안에 지구로 떨어지게 됩니다.
반면, 지구에서 매우 멀리 떨어진 정지궤도(약 35,786km)의 위성들은 공기가 거의 없어 마찰 문제가 매우 적습니다. 그러나 이 먼 곳에서도 태양풍이나 지구 중력의 미세한 차이 같은 다른 우주 환경의 영향을 받아 가끔씩 위치를 조정할 필요가 있습니다. 결국 모든 인공위성은 언젠가는 지구로 떨어지거나 우주를 떠돌게 될 운명을 갖고 있습니다.
우리가 사용하는 TV 방송, 통신, 날씨 예측, GPS 등 많은 서비스는 모두 인공위성 덕분입니다. 위성의 궤도를 안전하게 유지하려면 끊임없는 관심과 노력이 필요합니다. 인류가 더 편리한 생활을 누리기 위해 우주에서는 지금도 이러한 관리 작업이 계속 이루어지고 있습니다.